用于永磁同步电机初始位置的检测系统、设备和方法
阅读：1发布：2020-05-31
专利汇可以提供用于永磁同步电机初始位置的检测系统、设备和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种用于永磁同步 电机 初始 位置 检测的系统、设备和方法。所述系统包括用于电机的变频 控制器 ，以对电机注入对应于电机每一相的正向 电压 脉冲和负向电压脉冲；以及检测装置，用于根据响应于所述正向电压脉冲和负向电压脉冲所获得的相 电流 的电流峰值来检测所述电机的 转子 的初始位置。其中，根据所述相电流的电流峰值的差值来计算所述电机的转子的位置 角 ，从而获得所述电机的转子的初始位置。，下面是用于永磁同步电机初始位置的检测系统、设备和方法专利的具体信息内容。
1.一种用于永磁同步电机的系统，其特征在于包括用于所述电机的变频控制器，以对所述电机注入对应于电机每一相的正向电压脉冲和负向电压脉冲；以及检测装置，用于根据响应于所述正向电压脉冲和负向电压脉冲所获得的相电流的电流峰值来检测所述电机的转子的初始位置。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述变频控制器包括门驱动器，用于将所述正向电压脉冲和负向电压脉冲注入所述电机；和/或耦合到所述门驱动器的逆变器，用于根据所述正向电压脉冲和负向电压脉冲来产生用于所述电机的相电流。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述检测装置包括检测单元，用于检测所述相电流的电流峰值；和/或控制单元，用于获得对应于电机每一相的所述电流峰值的差值和/或根据所述电流峰值的差值来确定所述电机转子的初始位置；和/或存储单元，用于存储所述控制单元和/或检测单元的数据和/或指令；和/或所述检测装置可位于所述变频控制器中。
4.如以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于所述电机包括U、V和W三相，所述控制单元用于按照以下公式来获得所述电机转子的初始位置：
其中，θr表示所述电机转子的位置角，ΔIu表示对应于U相的相电流的电流峰值的差值，ΔIv表示对应于V相的相电流的电流峰值的差值，ΔIw表示对应于W相的相电流的电流峰值的差值；和/或
对于所述电机的每一相，所述正向电压脉冲和负向电压脉冲的幅值相同且矢量角相差
180°，和/或所述各正向电压脉冲的矢量角依次相差120°，和/或所述负向电压脉冲的矢量角依次相差120°。
5.一种用于永磁同步电机的检测设备，其特征在于包括控制单元，用于根据通过对所述电机每一相注入正向电压脉冲和负向电压脉冲而获得的相电流的电流峰值差值来确定所述电机的转子的初始位置。
6.如权利要求5所述的检测设备，其特征在于所述电机包括U、V和W三相，所述控制单元用于按照以下公式来获得所述电机转子的初始位置：
其中，θr表示所述电机转子的位置角，ΔIu表示对应于U相的相电流的电流峰值差值，ΔIv表示对应于V相的相电流的电流峰值差值，ΔIw表示对应于W相的相电流的电流峰值差值；
和/或
对应于所述电机U相的正向电压脉冲的矢量角为0°及负向电压脉冲的矢量角为180°，和/或对应于所述电机V相的正向电压脉冲的矢量角为120°及负向电压脉冲的矢量角为
300°，和/或对应于所述电机W相的正向电压脉冲的矢量角为240°及负向电压脉冲的矢量角为60°。
7.如权利要求5或6所述的检测设备，其特征在于还包括耦合的所述控制单元并用于检测所述相电流的电流峰值的检测单元；和/或用于存储来自所述控制单元和/或所述检测单元的数据和/或指令的存储单元。
8.一种用于永磁同步电机的方法，其特征在于包括获得通过对所述电机每一相分别注入正向电压脉冲和负向电压脉冲而获得的相电流的电流峰值差值；和/或根据所述电流峰值差值来确定所述电机的转子的初始位置。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于还包括：
对应于所述电机每一相分别注入正向电压脉冲和负向电压脉冲来获得所述相电流的电流峰值差值；和/或
通过对电机的U相注入矢量角为0°的正向电压脉冲和矢量角为180°的负向电压脉冲来获得U相的电流峰值差值，和/或通过对电机的W相注入矢量角为120°的正向电压脉冲和矢量角为300°的负向电压脉冲来获得U相的电流峰值差值，和/或通过对电机的W相注入矢量角为240°的正向电压脉冲和矢量角为60°的负向电压脉冲来获得W相的电流峰值差值，和/或根据所述U、V和W的电流峰值差值来计算所述电机的转子的初始位置；和/或所述正向电压脉冲和负向电压脉冲的幅值相同；和/或
根据以下公式来计算所述电机的转子的初始位置：
其中，θr表示所述电机转子的位置角，ΔIu表示U相的电流峰值差值，ΔIv表示V相的电流峰值差值，ΔIw表示W相的电流峰值差值。
10.一种非易失性机器可读存储介质，其特征在于包括一个或多个指令，其中所述一个或多个指令响应于被执行而使得一个或多个处理器执行如权利要求8或9所述的方法的一个或多个步骤。
11.一种计算设备，其特征在于包括一个或多个处理器；与所述一个或多个处理器耦合的一个或多个存储器，所述存储器用于存储一个或多个指令，其中所述一个或多个响应于被执行而使得所述一个或多个处理器执行如权利要求8或9所述方法的一个或多个步骤。
用于永磁同步电机初始位置的检测系统、设备和方法
技术领域
背景技术
[0003] 高频信号注入法利用电机的凸极效应，对电机注入旋转或脉振高频 电压信号，提取高频电流响应信号，从而估算转子位置。由于该方法依 赖于电机的凸极效应，因此主要应用于内嵌式永磁同步电机(Interior Permanent-Magnet Synchronous Motor(IPMSM))的初始位置检测中。同时， 由于该方法估算位置的收敛点可能为0°和180°，需要进行进一步的极性 判断方可完成初始位置的检测，因此该方法检测过程复杂，检测时间较 长。
[0004] 脉冲电压注入法利用电机的饱和特性，通过对电机注入多个脉冲电 压信号(通常为6个，或更多)，根据电流响应特征来进行转子位置的检 测。虽然该方法不依赖于转子的凸极效应，可适用于IPMSM和表贴式 永磁同步电机(Surface Permanent-Magnet Synchronous Motor(SPMSM))， 但在现有的脉冲电压注入法中，其检测精度与注入脉冲电压的数量相关。 一般地，在注入6个脉冲电压时，最大位置检测误差为30°，更高精度 的初始位置则需要通过增加脉冲电压的数量来获得。
发明内容
[0005] 本发明的一个目的在于提供一种用于永磁同步电机初始位置检测 的系统、设备和方法。
[0006] 依据本发明的一个方面，提供了一种用于永磁同步电机的系统，包 括用于所述电机的变频控制器，以对所述电机注入对应于电机每一相的 正向电压脉冲和负向电压脉冲；以及检测装置，用于根据响应于所述正 向电压脉冲和负向电压脉冲所获得的相电流的电流峰值来检测所述电 机的转子的初始位置。
[0007] 依据本发明上述方面的系统，其中所述变频控制器包括门驱动器， 用于将所述正向电压脉冲和负向电压脉冲注入所述电机；和/或耦合到所 述门驱动器的逆变器，用于根据所述正向电压脉冲和负向电压脉冲来产 生用于所述电机的相电流。
[0008] 依据本发明上述方面的系统，其中所述检测装置包括检测单元，用 于检测所述相电流的电流峰值；和/或控制单元，用于获得对应于电机每 一相的所述电流峰值的差值和/或根据所述电流峰值的差值来确定所述 电机转子的初始位置；和/或存储单元，用于存储所述控制单元和/或检 测单元的数据和/或指令；和/或所述检测装置可位于所述变频控制器中。
[0009] 依据本发明上述方面的系统，其中所述电机包括U、V和W三相， 所述控制单元用于按照以下公式来获得所述电机转子的初始位置：
[0010]
[0011] 其中，θr表示所述电机转子的位置角，ΔIu表示对应于U相的相电流的 电流峰值的差值，ΔIv表示对应于V相的相电流的电流峰值的差值，ΔIw表示对应于W相的相电流的电流峰值的差值。
[0012] 依据本发明以上方面的系统，其中对于所述电机的每一相，所述正 向电压脉冲和负向电压脉冲的幅值相同且矢量角相差180°，和/或所述各 正向电压脉冲的矢量角依次相差120°，和/或所述负向电压脉冲的矢量角 依次相差120°。
[0013] 依据本发明的另一个方面，提供了一种用于永磁同步电机的检测设 备，包括控制单元，用于根据通过对所述电机每一相注入正向电压脉冲 和负向电压脉冲而获得的相电流的电流峰值差值来确定所述电机的转 子的初始位置。
[0014] 依据本发明以上方面的检测设备，其中所述电机包括U、V和W三 相，所述控制单元用于按照以下公式来获得所述电机转子的初始位置：
[0015]
[0016] 其中，θr表示所述电机转子的位置角，ΔIu表示对应于U相的相电 流的电流峰值差值，ΔIv表示对应于V相的相电流的电流峰值差值，ΔIw表示对应于W相的相电流的电流峰值差值。
[0017] 依据本发明以上方面的检测设备，其中对应于所述电机U相的正向 电压脉冲的矢量角为0°及负向电压脉冲的矢量角为180°，和/或对应于 所述电机V相的正向电压脉冲的矢量角为120°及负向电压脉冲的矢量 角为300°，和/或对应于所述电机W相的正向电压脉冲的矢量角为240° 及负向电压脉冲的矢量角为60°。
[0018] 依据本发明以上方面的检测设备，还包括耦合的所述控制单元并用 于检测所述相电流的电流峰值的检测单元；和/或用于存储来自所述控制 单元和/或所述检测单元的数据和/或指令的存储单元。
[0019] 依据本发明的又一个方面，提供了一种用于永磁同步电机的方法， 包括获得通过对所述电机每一相分别注入正向电压脉冲和负向电压脉 冲而获得的相电流的电流峰值差值；和/或根据所述电流峰值差值来确定 所述电机的转子的初始位置。
[0020] 依据本发明上述方面的方法，还包括对应于所述电机每一相分别注 入正向电压脉冲和负向电压脉冲来获得所述相电流的电流峰值差值。
[0021] 依据本发明上述方面的方法，其中所述电机包括U、V和W三相， 其中所述方法还包括通过对电机的U相注入矢量角为0°的正向电压脉 冲和矢量角为180°的负向电压脉冲来获得U相的电流峰值差值，和/或 通过对电机的W相注入矢量角为120°的正向电压脉冲和矢量角为300° 的负向电压脉冲来获得U相的电流峰值差值，和/或通过对电机的W相 注入矢量角为240°的正向电压脉冲和矢量角为60°的负向电压脉冲来获 得W相的电流峰值差值，和/或根据所述U、V和W的电流峰值差值来 计算所述电机的转子的初始位置。
[0022] 依据本发明以上方面的方法，其中还包括根据以下公式来计算所述 电机的转子的初始位置：
[0023]
[0024] 其中，θr表示所述电机转子的位置角，ΔIu表示U相的电流峰值差值，ΔIv表示V相的电流峰值差值，ΔIw表示W相的电流峰值差值。
[0025] 依据本发明以上方面的方法，其中所述正向电压脉冲和负向电压脉 冲的幅值相同。
[0026] 依据本发明的又一个方面，提供了一种非易失性机器可读存储介质， 包括一个或多个指令，其中所述一个或多个指令响应于被执行而使得一 个或多个处理器执行如以上所述方法的一个或多个步骤。
[0027] 依据本发明的再一个方面，提供了一种计算设备，包括一个或多个 处理器；与所述一个或多个处理器耦合的一个或多个存储器，所述存储 器用于存储一个或多个指令，其中所述一个或多个响应于被执行而使得 所述一个或多个处理器执行如以上所述方法的一个或多个步骤。
[0028] 依据本发明的以上方面，由于本发明可在电机转子静止或转速极低 (例如，ωr≈0)的状态下，利用定子的饱和特性，所以可快速准确地检 测电机转子位置，而且可适用于表贴式和内嵌式安装的例如SPMSM和 IPMSM等各种永磁同步电机。由于本发明采用注入电压脉冲的方式来检 测电机转子初始位置，所以本发明不依赖电机的凸极效应，而可应用于 各种永磁同步电机的初始位置检测。而且，本发明仅需注入六个电压脉 冲且无需极性判断就可完成初始位置的检测，所以本发明检测方法简单， 检测过程简便，可实现快速检测，而且检测精度高。例如，本发明的检 测时间短，通常可在例如几毫秒内完成，而且本发明可实现非常小的检 测误差。
附图说明
附图说明
[0029] 图1示出依据本发明一个实施例的用于永磁同步电机初始位置的检 测系统的示意图；
[0030] 图2示出依据本发明一个实施例的转子的示意图；
[0031] 图3A和3B分别示出依据本发明一个实施例的电流响应曲线的示意 图；
[0032] 图4A和4B分别示出依据本发明另一个实施例的电流差值曲线的示 意图；
[0033] 图5示出依据本发明一个实施例的方法的示意流程图；
[0034] 图6示出依据本发明另一个实施例的方法的示意流程图；
[0035] 图7示出依据本发明一个实施例的电机初始位置检测实验结果的示 意图；
[0036] 图8示出依据本发明一个实施例的用于永磁同步电机初始位置的检 测设备的示意方框图。
具体实施方式
[0037] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附 图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的 具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0038] 虽然以下描述阐述可以例如在系统架构中示出的各个实现方式，但 本文所描述的技术和/或布置的实现方式不限于特定系统架构和/或计算 系统，并且可以通过用于相似目的的任何架构和/或计算系统得以实现。 例如，采用例如一个多个集成电路芯片和/或封装的各种架构和/或各种 计算设备和/或电子设备可以实现本文所描述的技术和/或布置。此外， 虽然以下描述可以阐述大量具体细节(例如系统组件的逻辑实现方式、类 型和相互关系、逻辑分区/集成选取等)，但可以在没有这些具体细节的 情况下实践所要求的主题。在其它实例中，为了不模糊本文所公开的材 料，可以并不详细地示出一些材料(例如控制结构和完整软件指令序列)。 可以在硬件、固件、软件或其任何组合中实现本文所公开的材料。
[0039] 本文所公开的材料也可以实现为可以由一个或多个处理器读取并 且执行的机器可读介质或存储器上所存储的指令。计算机可读介质可以 包括用于存储或发送机器(例如计算设备)可读的形式的信息的任何介质 和/或机构。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)、随机存取 存储器(RAM)、磁盘存储介质；光存储介质；闪存设备；和/或其它介质。 在另一形式中，非易失性物品(例如非易失性计算机可读介质)可以用于 以上所提及的任何示例或其它示例，包括可以通过“瞬时”方式临时保 存数据的这些元件(例如RAM等)。
[0040] 图1示出依据本发明一个实施例的用于电机初始位置检测的系统的 一个例子。在一个实施例中，所述系统100可用于利用脉冲电压的方式 来检测例如永磁同步电机等的转子的初始位置。
[0041] 参考图1，在一个实施例中，所述系统100可包括用于电机110的 变频控制器120。例如，所述变频控制器120可用于对电机110进行例 如变频控制。在一个实施例中，所述电机110可包括永磁同步电机 (Permanent-Magnet Synchronous Motor(PMSM))，例如IPMSM和/或SPMSM，但本发明不限于此。在一个实施例中，所述变频控制器120 可用于在接收到的一个或多个脉冲电压(例如，脉宽调制(Pulse Width Modulation(PWM))信号)的作用下产生用于电机110的一个或多个激励 相电流。
[0042] 在一个实施例中，如图1所示，所述变频驱动器120可包括驱动装 置(例如，门驱动器122)和/或逆变器124。门驱动器122可用于将所述 一个或多个脉冲电压送到逆变器124。在一个实施例中，门驱动器122 可仅将六个脉冲电压送到逆变器124。例如，所述六个脉冲电压具有相 同的幅值和不同的矢量角。耦合到门驱动器122的逆变器124用于根据 所述脉冲电压产生用于电机110的一个或多个相电流，例如相电流Iu、 Iv和/或Iw。参考图1，在一个实施例中，所述逆变器124包括例如第一 到第六晶体管Q1到Q6。例如，如图1所示，所述第一到第六晶体管 Q1到Q6可连接在外部电源的正电压端(例如，Vdc)和外部电源的负电压 端(例如，地)之间，但本发明不限于此。
[0043] 如图1所示，在一个实施例中，所述系统100可包括检测装置126， 用于根据经由变频控制器120注入电机110的一个或多个脉冲电压而产 生的一个或多个相电流来检测电机110的转子(未示出)的初始位置。例 如，可仅将六个脉冲电压(PWM信号)经由变频控制器
120注入电机110， 以获得一个或多个相电流，例如Iu、Iv和Iw。在一个实施例中，所述 检测装置126可根据所述一个或多个相电流的正向电流峰值和负向电流 峰值的差值来准确地获得转子的初始位置。例如，检测装置126可用于 检测或获得相应于注入电机110的所述一个或多个脉冲电压而产生的对 应于电机每一相的正向电流峰值和负向电流峰值。在另一个实施例中， 所述检测装置126还可用于获得或检测每一相的正向电流峰值与负向电 流峰值的差值，和/或根据所述差值来确定电机转子的初始位置(例如， 如以下所述)。
120注入电机110， 以获得一个或多个相电流，例如Iu、Iv和Iw。在一个实施例中，所述 检测装置126可根据所述一个或多个相电流的正向电流峰值和负向电流 峰值的差值来准确地获得转子的初始位置。例如，检测装置126可用于 检测或获得相应于注入电机110的所述一个或多个脉冲电压而产生的对 应于电机每一相的正向电流峰值和负向电流峰值。在另一个实施例中， 所述检测装置126还可用于获得或检测每一相的正向电流峰值与负向电 流峰值的差值，和/或根据所述差值来确定电机转子的初始位置(例如， 如以下所述)。
[0044] 在一个实施例中，所述检测装置126的一个或多个部分可由软件、 硬件、固件和/或其各种组合来实现。在一个实施例中，所述系统100和 /或所述检测装置126可执行图5或6所示流程中的一部分或全部，以用 于检测电机转子的初始位置。在另一个实施例中，所述系统100和/或所 述检测装置126的至少一部分可由软件来实现，以用于例如按照图5或6所示流程中的一部分或全部来检测电机转子的初始位置。
[0045] 虽然图1中示出检测装置126位于变频控制器120外部，在另一个 实施例中，所述变频控制器120可包括所述检测装置126的至少一部分。
[0046] 图2示出依据本发明一个实施例的电机转子的一个例子。在一个实 施例中，可仅将六个电压矢量脉冲注入电机，以确定电机转子200的初 始位置。参考图2，可利用同步旋转坐标系(例如，直轴d和交轴q)来表 示注入电机的电压矢量脉冲V，γ表示注入矢量角，θr表示电机转子200 的位置角。
[0047] 如图2所示，在同步旋转坐标系下，可把电机(例如，IPMSM或 SPMSM)的电压平衡方程表示为以下公式(1)：
[0048]
[0050] 此外，可用以下公式(2)来表示磁链方程：
[0051]
[0052] 其中，Ld代表转子直轴电感，Lq代表转子交轴电感，λf代表永磁体磁链 峰值。
[0053] 通过把公式(2)所表示的磁链方程代入公式(1)所表示的电压方程中， 可获得如以下公式(3)所表示的电机电压、电流方程：
[0054]
[0055] 由于转子电感是电流和转子位置的函数，继而转子的交直轴电感Ld和Lq可分别用以下公式(4)和(5)来表示：
[0056] Ld＝Ld(id,iq,θr) (4)
[0057] Lq＝Lq(id,iq,θr) (5)
[0058] 其中，θr表示转子200的位置角。
[0059] 由于转子的交直轴电感Ld和Lq主要受各自轴向的电流影响，可将公 式(4)和(5)所示的电感模型简化为单变量函数，并在电流零点以泰勒级数 展开，继而可分别得到以下公式(6)和(7)：
[0060]
[0061]
[0062] 通过考虑饱和模型中的主要分量，可把公式(6)和(7)所表示的电感Ld和Lq进一步简化为以下公式(8)和(9)：
[0063] Ld＝Ld0+Ld1id (8)
[0064]
[0065] 当电机在静止状态或转速极低的状态下时(例如，ωr≈0)，则电机 的电压模型可简化为下式(10)：
[0066]
[0067] 假设在初始状态下，转子位置角为θr，对于注入矢量角为γ的电压 脉冲，可得到以下方程式(11)：
[0068]
[0069] 其中，Vs表示电压脉冲的幅值，Td表示电压脉冲的持续时间。当0≤t≤Td时，d-q轴的电压可表示为以下公式(12)：
[0070]
[0071] 其中，θr表示转子位置角，γ表示注入电机的电压脉冲的矢量角。
[0072] 在一个实施例中，通过对电机的U、V、W三相分别注入相同的正 向和负向电压脉冲，可采集所述正负电压脉冲作用下的电流峰值的差值， 从而获得不同转子位置下的电流响应。在一个实施例中，所述正向和负 向电压脉冲可具有相同的幅值。参考图3A和3B，其中分别示出依据本 发明的一个实施例在不同转子位置下的电流差值ΔIu、ΔIv和ΔIw的曲线。 其中，图3A示出对IPMSM的U、V、W三相注入相同的正向和负向电 压脉冲而获得的的电流响应曲线，图3B示出对SPMSM的U、V、W三 相注入相同的正向和负向电压脉冲而获得的电流响应曲线。
[0073] 在图3A和3B中，纵坐标表示电流差值ΔI，横坐标表示表示转子位 置角θr。图3A以直轴电感Ld＝0.12H和交轴电感Lq＝0.18H为例进行说 明，图3B以直轴电感Ld＝0.18H和交轴电感Lq＝0.18H为例进行说明， 但所述数值只是示例，本发明不限于此。
[0074] 以U相为例，通过注入矢量角为γ1＝0°的第一电压脉冲，可获得 该电压作用下的电流峰值，可把该电流峰值记为 待电 流衰减为零后，通过注入矢量角为γ2＝180°的第二电压脉冲，可获得该 电压作用下的电流峰值，可把该电流峰值记为从而可 得到U相电流差值 在一个实施例中，第一和
第二电压脉 冲的矢量角相差180°。可把第一电压脉冲叫做正向电压脉冲，而把第二 电压脉冲叫做负向电压脉冲，以区分所述两个电压脉冲，但本发明不限 于此。
第二电压脉 冲的矢量角相差180°。可把第一电压脉冲叫做正向电压脉冲，而把第二 电压脉冲叫做负向电压脉冲，以区分所述两个电压脉冲，但本发明不限 于此。
[0075] 类似地，通过对V相分别注入相同的正向和负向电压脉冲和W，可 获得V相电流差值 和W相电流差值 在一个 实施例中，分别用于U、V和W三相的各正向和负向电压脉冲可具有相 同的幅值但其矢量角相差180°。在另一个实施例中，对于U、V和W三 相，各正向电压脉冲依次相差120°，各负向电压脉冲依次相差120°。
[0076] 如图3A和3B所示，虽然电机IPMSM和SPMSM的类型不同，但 其可具有相似的电流响应曲线。
[0077] 在一个实施例中，对如上所述获得的电流差值ΔIu，ΔIv，ΔIw进行进 一步处理，令：
[0078]
[0079] 参考图4A和4B，其中分别示出依据本发明的一个实施例在不同转 子位置下的电流差值ΔIuv、ΔIvw和ΔIwu的曲线，其中图4A对应于IPMSM， 图4B对应于SPMSM。在图4A和4B中，纵坐标表示电流差值ΔI，横 坐标表示表示转子位置角θr。图4A以直轴电感Ld＝0.12H和交轴电感 Lq＝0.18H为例进行说明，图4B以直轴电感Ld＝0.18H和交轴电感Lq＝ 0.18H为例进行说明，但所述数值只是示例，本发明不限于此。
[0080] 如图4A和4B所示，对应于电机IPMSM和SPMSM的电流差值ΔIuv、 ΔIvw和ΔIwu的曲线也相似。继而，可把如图4A和4B所示的电流差值ΔIuv、 ΔIvw和ΔIwu的曲线近似为以下公式(14)：
[0081]
[0082] 根据以上公式(14)，可如下式(15)所述来估算转子位置：
[0083]
[0084] 图5示出依据本发明一个实施例的方法的一个例子。在一个实施例 中，所述方法可用于获得电机转子的初始位置。
[0085] 依据一个实施例，如图5所示，所述方法可包括在框502，通过对 应于电机的每一相分别注入一正向电压脉冲和一负向电压脉冲来获得 对应于每一相的相电流的两个电流峰值。其中所述正向电压脉冲与所述 负向电压脉冲的矢量角相差180°。例如，可把通过注入正向电压脉冲所 获得的电流峰值叫做正向电流峰值，并把通过注入负向电压脉冲所获得 的电流峰值叫做负向电流峰值，以区分所述两个电流峰值，但本发明不 限于此。
[0086] 在一个实施例中，所述电机可包括IPMSM或SPMSM，但本发明不 限于此。所述电机可包括U、V和W三相。可对所述U、V和W三相 中的每一相注入一正向电压脉冲和一负向电压脉冲。在一个实施例中， 所述三相的正向电压脉冲的相位依次相差120°，或所述三相的负向电压 脉冲的相位依次相差120°。对于每一相，正向电压脉冲与相应负向电压 脉冲的相位差为180°。
[0087] 例如，对于电机的第一相(例如，U相)，可把矢量角为γ＝0°的第一 正向电压脉冲注入电机，从而可获得第一电流峰值。可把该第一电流峰 值记录为继而，等待电流衰减为0。响应于电流衰减 到0，可注入与第一正向电压脉冲相反的第一负向电压脉冲(例如，矢量 角为γ＝180°)，以获得第二电流峰值。可把该第二电流峰值记录为 继而，在注入下一个电压脉冲前，可等待电流衰减为0。
[0088] 类似地，响应于电流衰减到0，对于电机的第二相(例如，V相)， 可注入矢量角为γ＝120°的第二正向电压脉冲，以获得第三电流峰值。 可把该第三电流峰值记录为所述第二正向电压脉冲与 所述第一正向电压脉冲的相位差为120°。继而，等待电流衰减为0。响 应于电流衰减到0，可注入与第二正向电压脉冲相反的第二负向电压脉 冲(例如，矢量角为γ＝300°)，以获得第四电流峰值。可把该第四电流 峰值记录为 继而，在注入下一个电压脉冲前，可等待 电流衰减为0。
[0089] 类似地，响应于电流衰减到0，对于电机的第三相(例如，W相)， 可注入矢量角为γ＝240°的第三正向电压脉冲，以获得第五电流峰值。 可把该第五电流峰值记录为所述第三正向电压脉冲与 第二正向电压脉冲的相位差为120°。继而，等待电流衰减为0。响应于 电流衰减到0，可注入与第三正向电压脉冲相反的第三负向电压脉冲(例 如，矢量角为γ＝60°)，以获得第六电流峰值。可把该第六电流峰值记 录为[0090] 在框504，可对于所述每一相计算如上所述获得的正向电流峰值与 相应负向电流峰值的差值。例如，可获得对应于U相的第一电流峰值差 值 对应于V相的
第二电流峰值差值 以及对 应于W相的第三电流峰值差值
第二电流峰值差值 以及对 应于W相的第三电流峰值差值
[0091] 在框506，可根据框504所获得的差值来确定所述电机的转子的初 始位置。在一个实施例中，可按照如上所述的公式(15)来计算所述电机 转子的位置角θr，从而可确定转子的初始位置。
[0092] 以下表1示出依据本发明一个实施例的测试电机参数。例如，表1 中示出电机定子相电阻Rs、定子直轴电感Ld、定子交轴电感Lq、永磁体 磁链峰值λf和额定功率的一个例子，但所述数值并非对本发明的限制。
[0093]Rs(Ω) Ld(mH) Lq(mH) λf(Web) 额定功率(W)
26.6 193.0 193.0 0.183 56
26.6 193.0 193.0 0.183 56
[0094] 表1
[0095] 参考图5，在一个实施例中，仅利用六个电压脉冲就可确定电机转 子的初始位置。虽然在图5中未示出，但在一个实施例中，所述方法还 可包括检测所述第一到第六电流峰值。虽然在图5中未示出，但在一个 实施例中，所述方法还可包括在把一电压脉冲注入电机后，等待电流衰 减为0再注入下一电压脉冲。虽然在图5中未示出，在另一个实施例中， 所述方法还可包括适当增大注入电压脉冲的幅值，以提高转子初始检测 的准确度。
[0096] 图6示出依据本发明一个实施例的方法的一个例子。在一个实施例 中，所述方法可用于获得电机转子的初始位置。
[0097] 参考图6，在框602，对于电机的第一相，通过将矢量角为γ＝0° 的第一电压脉冲注入电机来获得第一电流峰值，记为 在框604，等待电流衰减为0，以注入下一电压脉冲。
[0098] 响应于电流衰减为0，在框606，可将矢量角为γ＝180°的第二电压 脉冲注入电机，以获得第二电流峰值，记为 在框608， 等待电流衰减为0。
[0099] 在框610，响应于电流衰减到0，对于第二相，将矢量角为γ＝120° 的第三电压脉冲注入电机，以获得第三电流峰值，记为 在框612等待电流衰减为0。
[0100] 在框614，响应于电流衰减到0，将矢量角为γ＝300°的第四电压脉 冲注入电机，以获得第四电流峰值，记为 在框616， 等待电流衰减为0。
[0101] 在框618，响应于电流衰减到0，对于第三相，将矢量角为γ＝240° 的第五电压脉冲注入电机，以获得第五电流峰值，记为 在框620，等待电流衰减为0。
[0102] 响应于电流衰减到0，在框622，可将矢量角为γ＝60°的第六电压 脉冲注入电机，以获得第六电流峰值，记为
[0103] 在框624，计算对应于U相、V相和W相的电流峰值的差值：
[0104] 在框626，按照公式： 来计算转子位置角θr。
[0105] 虽然在图6中未示出，在一个实施例中，所述方法还可包括增大注 入电压脉冲的幅值，以提高转子初始检测的准确度。
[0106] 图7示出依据本发明一个实施例的电机初始位置检测实验结果的例 子。参考图7，其中示出转子位于不同位置(θr)时初始位置检测的实验结 果的例子，其中线702对应于实际角度，线704对应于检测角度，线706 对应于角度误差，但所述数值并非对本发明的限制。由图7可见，通过 图5或6所述的方法可实现电机转子初始位置检测。在另一个实施例中， 可适当增大注入脉冲电压的幅值，以获得更加准确的结果。
[0107] 图8示出依据本发明一个实施例的检测设备的一个例子。在一个实 施例中，所述检测设备可用于检测永磁同步电机的初始位置。在另一个 实施例中，所述检测设备800可用于图1中的检测装置126。在又一个 实施例中，图1所示的变频控制器100可包括所述检测设备800的至少 一部分。
[0108] 参考图8，在一个实施例中，所述检测设备800可包括一个多个集 成电路芯片和/或封装的各种架构和/或各种计算设备和/或电子设备等。 例如，所述检测设备800可包括一个或多个处理单元(或处理器)802以及 与所述一个或多个处理单元802耦合的一个或多个存储单元(或存储 器)804。在一个实施例中，所述一个或多个存储单元804可包括随机存 取存储器、动态随机存取存储器或静态随机存取存储器等各种存储设备。 在一个实施例中，所述一个或多个存储单元804可用于存储可由所述一 个或多个处理单元802读取和/或执行的一个或多个指令(例如，机器可 读指令和/或计算机程序)，和/或来自控制单元802的数据或信息。所述 一个或多个指令还可存储于一非易失性机器可读存储介质上。响应于被 执行，所述一个或多个指令使得所述一个或多个处理单元802可实现如 图1所示的检测装置126和/或执行如以上参考图5或6所述的一个或多 个操作。例如，在一个实施例中，所述处理单元802用于检测或获得响 应于一个或多个脉冲电压而产生的对应于电机每一相的正向电流峰值 和负向电流峰值；和/或计算每一相的正向电流峰值与负向电流峰值的差 值；和/或根据所述差值来确定电机转子的初始位置。
[0109] 图8仅示出检测设备800的一个例子，而非对本发明的限制，在一 些实施例中，设备800还可包括一个或多个其他模块和/或部分(未示出)。 例如，虽然在图8中未示出，在一个实施例中，所述检测设备800还包 括用于检测所述正向电流峰值和负向电流峰值以传送到所述处理单元 802的检测单元，但在另一个实施例中，所述检测单元可以是所述检测 设备800的外部单元。在另一个实施例中，存储单元804可用于存储来 自检测单元的数据和/或指令。在另一个实施例中，所述检测单元可以是 图1所示变频控制器100的一部分。
[0110] 在一个实施例中，所述检测设备800的一个或多个部分可由软件、 硬件、固件和/或其各种组合来实现，以用于执行图5或6所示流程中的 一部分或全部。在另一个实施例中，所述检测设备800的一部分或全部 可由软件来实现，以用于执行图5或6所示流程中的一部分或全部。
[0111] 如图1到8所示，依据本发明的各实施例，由于本发明可在电机转 子静止或转速极低(例如，ωr≈0)的状态下，利用定子的饱和特性，所 以可快速准确地检测电机转子位置，而且可适用于表贴式和内嵌式安装 的例如SPMSM和IPMSM等各种永磁同步电机。由于本发明采用注入 电压脉冲的方式来检测电机转子初始位置，所以本发明不依赖电机的凸 极效应，而可应用于各种永磁同步电机的初始位置检测。而且，本发明 仅需注入六个电压脉冲且无需极性判断就可完成初始位置的检测，所以 本发明检测方法简单，检测过程简便，可实现快速检测，而且检测精度 高。例如，本发明的检测时间短，通常可在例如几毫秒内完成，而且本 发明可实现非常小的检测误差。
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